1、Java 为什么要实现自动内存管理 ？

简化开发过程：通过内存自动管理可以避免手动分配和释放内存的麻烦，减少了内存泄漏和内存错误的风险，让研发能更专注于业务逻辑，不必纠结于内存管理的细节。

提高开发效率：垃圾回收器（Garbage Collector）能够自动追踪不再使用的对象，并释放它们占用的内存。这消除了手动跟踪和释放对象的需要，减少了开发人员的工作量，提高了开发效率。

可移植性好：研发人员不需要关心不同平台的内存管理差异，这些细节都交由虚拟机和垃圾回收器进行处理，Java的内存管理机制使得Java程序在不同的平台上运行更加容易。

2、java 自动内存管理并不是一劳永逸

       Java的自动内存管理机制（垃圾回收器和垃圾回收算法的设计），确实可以大大简化开发人员对内存管理的工作，同样也带来了一系列的问题 

内存占用和性能问题：不合适的内存使用、配置，可能导致内存占用过高或性能下降。如，长生命周期对象、内存泄漏、过频繁的垃圾回收等，都会影响应用程序的性能和稳定性。

垃圾回收停顿：虽然垃圾回收器一直都在优化减少停顿时间，但并不能完全消除。实时性要求高的系统对停顿时间很敏感

所以我们需要搞懂JVM内存管理机制，才能针对不同的场景合理使用

3、垃圾回收的机制

a、垃圾回收发生在哪里 ？

       JVM 内存模型中程序计数器、栈、本地方法栈这 3 个区域是线程私有的，与线程同生共死，不涉及回收，所以垃圾回收的就在剩下的堆和方法区中了，堆中主要回收是对象，方法区的回收则主要是废弃常量和无用的类

b、什么情况下对象可以被回收？

       JVM认为一个对象不再被引用，就代表该可以被回收了，目前有两种算法可以判断该对象是否可以被回收。

引用计数算法：通过对象的引用计数器判断对象是否被引用。即每当对象被引用时，该对象的引用计数器就会 + 1;  当引用失效时，计数器再 -1。对象引用计数器值为 0 时，表示该对象不再被引用，可以被回收。引用计数算法的实现简单，判断效率也很高，但它存在对象之间循环引用的问题。

可达性分析算法:  在垃圾回收时，以 GC Roots 对象为根对象开始遍历对象图，确定哪些对象是可达的（即不会被回收），而哪些对象是不可达的（即可被回收）。目前 HotSpot 虚拟机采用的就是这种算法。

c、哪些是 GC Roots 对象 ？

虚拟机栈（栈帧中的本地变量表）中引用的对象：当前线程中方法调用链上的所有对象。

方法区中的类静态属性引用的对象：被类声明为静态变量的对象。

方法区中常量引用的对象：被常量池中的常量引用的对象。

本地方法栈中引用的对象：在Java代码中调用本地方法后，本地方法中引用的对象

       GC Roots 本身是不可被回收的，它们的存在保证了从根节点出发的对象的可达性。垃圾回收器通过追踪GC Roots对象的引用链，可以确定哪些对象是可达的，而哪些对象是不可达的，从而进行垃圾回收操作。

4、垃圾回收的三种方式

a、标记-清除算法（Mark and Sweep）

       把垃圾对象所占据的内存标记为空闲内存，并记录在一个空闲列表(free list)中。当需要新建对象时，内存管理模块便会从该空闲列表中寻找空闲内存，并划分给新建的对象。该回收方式的原理非常简单，但会带来俩个缺点

内存碎片化：由于 Java 虚 拟机的堆中对象必须是连续分布的，因此可能出现总空闲内存足够，但是无法分配的极端情

内存分配效率低：如果是一块连续的内存空间，那么我们可以通过指针加法 (pointer bumping)分配。但对于空闲列表，Java 虚拟机则需要逐个访问列表中的项，来查找能够满足新建对象的大小的空闲内存

b、标记-整理算法（Mark and Compact）

       在标记阶段（Mark）也会标记所有可达对象。然后，在整理阶段（Compact），将存活的对象压缩（Compact）到堆的一端，以释放不连续的内存空间。这种做法能够解决内存碎片化的问题，但代价是压缩算法的性能开销。

c、复制(copy)

       把内存区域分为两等分，分别用两个指针 from 和 to 来维 护，并且只是用 from 指针指向的内存区域来分配内存。当发生垃圾回收时，便把存活的对 象复制到 to 指针指向的内存区域中，并且交换 from 指针和 to 指针的内容。复制这种回收方式同样能够解决内存碎片化的问题，但是它的缺点也极其明显，即堆空间的使用效率极其低下。

d、分代回收算法（Generational）

        分代算法基于对象的生命周期将堆内存分为不同的代，如新生代和老年代。新生代中的对象通常具有较短的生命周期，而老年代中的对象具有较长的生命周期。不同代使用不同的垃圾回收算法，以便更好地适应对象的特性和内存使用模式。

G1的三种GC模式

young GC：当所有 eden region 被消耗无法再申请时触发一次young GC，活对象被拷贝到survivor region 或者晋升到 old region

mixed GC：回收整个young region，同时回收一部分old region。老年代占用达到一定阈值的时候触发

full GC：对象内存分配过快，mixed GC来不及回收，导致老年代被填满，会触发一次full GC

       JVM在应用垃圾回收器时往往会综合上述几种回收方式，综合它们优点的同时规避它们的缺点，达到比较优的内存管理方式